Комплексне удосконалення функціональних характеристик інтраокулярних лінз
| dc.contributor.advisor | Козяр, Василь Васильович | |
| dc.contributor.author | Поліщук, Олександр Сергійович | |
| dc.date.accessioned | 2023-03-29T09:42:31Z | |
| dc.date.available | 2023-03-29T09:42:31Z | |
| dc.date.issued | 2022 | |
| dc.description.abstract | Поліщук О.С. Комплексне удосконалення і розробка інтраокулярних лінз. — Кваліфікована наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – «Біомедична інженерія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, м. Київ, 2022. Робота виконувалася на кафедрі біомедичної інженерії факультету Біомедичної інженерії Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми – створенню нових моделей інтраокулярних лінз (ІОЛ) з покращеними властивостями. В роботі теоретично обгрунтовані та експериментально підтверджені методи підвищення оптичних характеристик ІОЛ та запропановані технічні рішення для попередження ускладнень імплантації ІОЛ для усунення катаракти. Проведений огляд та аналіз існуючих на цей час літературних джерел дає підставу вважати, що ІОЛ, представлені на сучасному ринку, мають ряд технічних і медичних недосконалостей, що призводить до появи після операції різних небажаних оптичних ефектів, які не задовольняють вимогам, як пацієнта, так і хірурга. Встановлено, що для усунення катаракти в багатьох випадках використовують лінзи товщиною менше 1 мм. При цьому відмічено, що тонкі ІОЛ збільшують глибину передньої камери ока, а також викликають розрідження скловидного тіла і, як наслідок, відшарування сітківки. Також, в 0,2 - 2,8% випадків трапляється зміна положення імплантованої ІОЛ. Дислокація пов’язана з багатьма факторами, серед яких - недосконалість гаптичних елементів та порушення контакту гаптик з капсулою кришталика з-за невідповідності розмірів ІОЛ та капсули. Розвиток вторинної катаракти після імплантації ІОЛ внаслідок міграції та розмноження залишкових епітеліальних клітин після факоемульсифікації має місце у 45-78% пацієнтів. Використовувані у даний час моделі ІОЛ недостатньо захищають задню стінку капсули кришталика та передню поверхню лінзи від осідання на них епітеліальних клітин. При падінні світла під певним кутом виникає залишкове Френелівське відбиття від поверхонь ІОЛ, яке дає різні негативні фотичні ефекти та викликає спотворення передачі оптичної інформації, що підсилюється абераціями нижчих та вищих порядків, в тому числі сферичною. Крім того, акомодаційні можливості штучних кришталиків обмежені порівняно із нативним кришталиком. На основі проведеного аналізу можна зробити висновок, що існуючі моделі ІОЛ не повною мірою замінюють функції природнього кришталика людини і викликають ряд ускладнень. Тому актуальною задачею є розробка ІОЛ нового дизайну, яка не має вище згаданих недоліків. Для вирішення поставлених задач при виконанні дисертаційної роботи проведені дослідження і запропоновано фундаментально нову модель ІОЛ, яка базується на об’ємозамінності нативного кришталика та нанесенні на оптичні поверхні основи шару політетрафторетилену (ПТФЕ). Розроблена ІОЛ має в собі низку технічних рішень, які дозволяють покращити оптичні параметри та позбутись інтра- та післяопераційних ускладнень. Об’ємозамінна ІОЛ компенсує об’єм вмістимого кришталика людини, що був видалений при проведенні катарактальної хірургії, та займає фізіологічне положення. Це, в свою чергу, забезпечує рівномірний розподіл навантаження на цинові зв’язки та зберігає контакт капсула-гіалоїдна мембрана. За рахунок того, що ІОЛ не містить гаптик, а є об’ємозамінною, ризик децентрації та дислокації мінімізується. Основний зміст дисертаційного дослідження викладений у чотирьох розділах, які присвячені: (і) встановленню інтра- та післяопераційних проблем, пов’язаних з дизайном інтраокулярних лінз; (іі) визначенню фізико-механічних недоліків, які спричиняють дислокації та розвиток вторинної катаракти; (ііі) оптичним розрахункам та дослідженням, розробці методів усунення оптичних паразитних явищ; (іііі) розробці ІОЛ з покращеними оптичними характеристиками і технічними особливостями, які не викликають інтра- та післяопераційні ускладнення, притаманні ІОЛ традиційного дизайну. У першому розділі даної дисертаційної роботи «Аналітичний огляд літератури» представлені результати літературного пошуку та аналізу наукових джерел, що розкривають проблематику основних порушуваних у дисертації задач. Наведені статистичні данні поширеності катаракти в світі, розглянуто еволюцію хірургічних методів боротьби із цим захворюванням. Проаналізовано конструкційні особливості сучасних ІОЛ, в тому числі їх матеріали. Приведений перелік та аналіз частоти інтра- та післяопераційних ускладнень в відсотковому співвідношенні при видаленні катаракти. Показано, що на сучасному етапі розвитку боротьби з катарактою, побічні явища, які супроводжують імплантацію ІОЛ, проявляються у вигляді нових ускладнень та недостатньому рефракційному ефекті. Другий розділ «Об’ємозамінна інтраокулярна лінза з покращеними технічними властивостями» присвячений аналізу міцності гаптичних елементів існуючих ІОЛ та їх удосконаленню з наступною розробкою власного варіанту гаптики ІОЛ. Проведено дослідження переміщення лінзи після імплантації з представленням інфографічних рисунків напруження, деформації, запасу міцності. Проведено симуляцію розвитку вторинної катаракти при імплантації існуючих ІОЛ та розробленої моделі лінзи з конструктивним рішенням протидії розвитку вторинної катаракти. Із залученням розробленого приладу проведено експеримент, який імітував вплив циліарного м’яза на ІОЛ. Проведено експеримент щодо дослідження руху епітеліальних клітин при імплантації ІОЛ власної конструкції. Показані наочні та числові результати моделювання та експериментів. Третій розділ «Поліпшення оптичних характеристик інтраокулярної лінзи» присвячений оптичним розрахункам та моделюванню параметрів, якими повинна відповідати ІОЛ задля зменшення фотичних феноменів, фонового засвічення сітківки, підвищення контрастності зору та зниженням поздовжньої сферичної аберації. Запропоновано та обґрунтовано методи зменшення оптичних паразитних явищ. Приведені розрахунки та оптичне моделювання в програмних середовищах Zemax та Aber. Програмне забезпечення Aber Lite 1.05 (Україна) використано для оцінки модульно-передатної функції (МПФ) інтраокулярної лінзи. Процес нанесення шару ПТФЕ різної товщини на розроблену ІОЛ за допомогою установки вакуумного напилення УВН-74. Вимірювання товщини шару ПТФЕ виконувалось чотирьохканальним вимірювачем SQM–242 (Sigma Instruments, Inc., США) із залученням спектрофотометра модель ЕРР2000 (StellarNet, Inc., США), ВЧ генератора Cesar 0403 (Dressler AE. Inc., США), вакуумметра модель CMR365 (Pfeiffer vacuum GmbH, Австрія). Після напорошення ПТФЕ на ІОЛ за допомогою зондового мікроскопа NanoScope IIIa Dimension 3000TM та конфокального лазерного скануючого мікроскопа LSM 500 META ZEISS проведено аналіз морфології зразків з плівкою, отриманою із газової фази (C2F4)n. Перед розрізанням ІОЛ з напиленням мікротомом - кріостатом CM 1100 (Leica Biosystems, GmbH, Німеччина), проводилась їx оцінка на мікроскопі BX41 (Olympus Iberia, slr., Іспанія). Підтверджено, що шари напилення мають завдану рівномірну товщину при високій якості поверхні. Проаналізовано величину поздовжньої сферичної аберації ІОЛ методом візуальних фокусувань Лінника на оптичній лаві ОСК-2. Після нанесення шару ПТФЕ встановлено суттєве зменшення поздовжньої сферичної аберації ІОЛ, порівняно із лінзами без напилення. Встановлено також, що з поміж напилень ПТФЕ товщинами 50 нм, 100 нм та 150 нм, найкраще задовольняє висунутим вимогам шар товщиною 100 нм. Крім того, ІОЛ без напилення і після нанасення шару ПТФЕ, досліджені на універсальному проекційному апараті з оптичною лавою ФОС-115. Визначено, що розміри фокусних плям ІОЛ з напиленням вірогідно менші, ніж розміри фокусних плям ІОЛ без напилення, що свідчить про кращі оптичні властивості перших. Четвертий розділ «Розробка псевдоакомодуючої інтраокулярної лінзи» присвячений підбору матеріалу, який по своїм параметрам максимально відповідав би висунутим фізико-механічним вимогам, був би подібний до нативного кришталика. Запропоновано оригінальну модель об’ємозамінної ІОЛ “NVision Optics”. Здійснено дослідження розробленої ІОЛ на акомодаційну здатність за допомогою ліцензійних програмних середовищ Comsol та SolidWorks. Показано, що лінза має можливість змінювати фокусну відстань за рахунок фізичного переміщення оптичної частини на відстань до 1,4 мм в напрямку рогівки. Осьове зміщення оптики призводить до скорочення/збільшення відстанів від лінзи до райдужки, забезпечуючи достатнє заломлення для зору на близьку та далеку відстані. Робота містить 97 рисунків, 10 таблиць, 215 літературних джерел та 4 додатки. | uk |
| dc.description.abstractother | Polischuk O.S. Comprehensive improvement and development of intraocular lenses. — Qualifying scientific work on the rights of the manuscript. The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of philosophy on a speciality 163 – Biomedical engineering. – National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", MES of Ukraine, Kyiv 2022. Preparation was held in the biomedical engineering department of National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine. The dissertation is devoted to the solution of an actual scientific and applied problem – creation of a new intraocular lens with improved properties. This made it possible, theoretically and experimentally, to substantiate the methods of improving optical characteristics quality and deprivation of developed technically by intra and postoperative complications. The conducted review and analysis of the existing literature sources, gives the right to believe that intraocular lenses (IOLs), which are presented in today's market, have a number of technical and medical imperfections that lead to various undesirable optical effects and do not meet the requirements of both the patient and the surgeon as a whole. Taking into account the fact that the production of thin lens optics, less than 1 mm, is becoming more popular due to less eye trauma and postoperative consequences, it is noted that thin intraocular lenses increase the depth of the eye anterior chamber and cause liquefaction of the vitreous and as a consequence, retinal detachment. The implanted IOL change in the position occurs in 0.2-2.8%. Dislocation is connected with many factors, one of which is the imperfection of the haptic elements and the contact of the haptic violation with the lens capsule due to the size mismatch between the IOL and the capsule. The secondary cataracts development after intraocular lens implantation appearing because of migration and residual epithelial cells proliferation after phacoemulsification occurs in 45- 78% of patients. Currently used IOL models do not sufficiently protect the posterior wall of the lens capsule and the anterior surface of the lens from the epithelial cells deposition. When light hits at a certain angle, there appears a residual Fresnel reflection from the IOL surfaces, which carries various negative photic effects and distortion of optical information transmission, amplified by aberrations of lower and higher orders, including spherical. Artificial lenses do not give absolute accommodation in comparison with the native lens. Based on the analysis, it can be concluded that the existing models do not fully replace the functions of the natural lens of human and have a number of complications. Therefore, the actual task is to develop an intraocular lens of a new design, taking into account the elimination of the above mentioned disadvantages. To solve the problems in the dissertation, a fundamentally new intraocular lens model is proposed, which is based on the native lens volume interchangeability with the application of polytetrafluoroethylene onto the optical surfaces. The developed intraocular lens includes a number of technical solutions that allow to improve the optical parameters and get rid of intra and postoperative complications. The volume-substituting intraocular lens allows you to compensate for the volume of the human lens that was removed during cataract surgery and to occupy a physiological position. This, in its turn, creates equable load distribution on the zonula ciliaris and maintains the capsule-hyaloid membrane contact. Due to the fact that the IOL does not contain a haptic, but it is volume-substituting, the risk of decentralization and dislocation is minimized. The main content of the dissertation research is presented in four sections, which are devoted to: (i) identification of intra and postoperative problems related to the intraocular lenses design; (ii) identification of physico-mechanical defects at the dislocation and development of secondary cataracts stage; (iii) optical calculation and research, development of methods eliminating optical parasitic phenomena methods; (iii) intraocular lens development, which characteristics would take into account the elimination of optical and intra / postoperative disadvantages. The first section of this dissertation "Literature Review" presents the analytical review and literary research results, revealing the main tasks problems in the dissertation. The statistics of cataract prevalence in the world are given and the surgical methods evolution of struggle against this disease are considered. The design features of modern intraocular lenses, including their materials, are analyzed - passive. The list and analysis of the incidence of intra and postoperative complications as a percentage in cataract removal are given. It is shown that at the present stage of development cataract control, side effects accompanied by IOL implantation are manifested in the new complications appearance and failure to achieve the desired refractive result. The second section "Volume-substituting intraocular lens with improved technical properties" is devoted to the analysis of the haptic elements strength of existing intraocular lenses and their improvement with the following development of its own version of the IOC haptic. A lens moving study with the presentation of infographic images, stress, deformation, margin of safety was held. Literature sources containing technical varieties of secondary cataract prevention are presented. Secondary cataract development simulation during implantation of existing IOLs and developed intraocular lens with constructive solution of secondary cataract counteraction was held. The experiment was performed with the help of the developed device that imitated the ciliary muscle influence on the IOL. An experiment was conducted to study the epithelial cells movement during IOLs implantation of its own design. Visual and numerical modeling results and experiments are shown. The third section "Optical characteristics improving of the intraocular lens" is devoted to optical calculation and parameters modeling that must have an intraocular lens to reduce photonic phenomena and background retinal illumination with increased contrast transmission and reduced longitudinal spherical aberration. Reducing optical parasitic phenomena methods are proposed and substantiated. Calculations and optical modeling in Zemax and Aber programs are presented. Aber Lite 1.05 software (Ukraine) was used to evaluate the мodular transfer function (MTF) of an intraocular lens. The process of PTFE spraying on the developed intraocular lens with the help of “UVN-74” vacuum spraying device are given. The thickness of the PTFE layer was measured with an SQM-242 fourchannel meter (Sigma Instruments, Inc., USA) using an EPP2000 spectrophotometer (StellarNet, Inc., USA), a Cesar 0403 RF generator (Dressler AE. Inc., USA), vacuum (Pfeiffer vacuum GmbH, Austria). After spraying PTFE on the IOL, a morphology analysis of the samples was done with a film obtained from the gas phase (C2F4) n. Before cutting the lens by microtome-cryostat CM 1100 (Leica Biosystems, GmbH, Germany), it was evaluated using a BX41 microscope (Olympus Iberia, slr., Spain). The analysis was performed using a NanoScope IIIa Dimension 3000TM probe microscope and a LSM 500 META ZEISS confocal laser scanning microscope. It is confirmed that the lens contains the required spray thickness and surface roughness. The resulting intraocular lens was examined on a universal projection device with optical lava “FOS-115”. The magnitude of the longitudinal spherical aberration by the method of visual focusing of Linnik on the optical lava “OSK-2” is analyzed. The method of comparison of lenses without PTFE spraying and with it, has revealed a decrease in longitudinal spherical aberration of the second. It was found that among the PTFE sprays on an intraocular lens with a thickness of 50 nm, 100 nm and 150 nm, the layer with a thickness of 100 nm meets the requirements in the best way. The fourth section " Pseudoaccommodation intraocular lens development" is devoted to the selection of material that in its parameters would meet the physical and mechanical requirements in the best way, similar to the native lens. An original NVision Optics volume replacement intraocular lens has been proposed. The study of developed intraocular lens for multifocal capability was realized using the licensed software environments Comsol and SolidWorks. It is shown that the lens has the posibility to change the focal length by physically moving the optical part at a distance of 1.4 mm in the cornea direction. Axial displacement of the optics leads to a reduction / increase in the distance from the lens to the iris, providing sufficient refraction for near and far vision. The work consists of: 97 figures, 10 tables, 215 references and 4 appendices. | uk |
| dc.format.extent | 213 с. | uk |
| dc.identifier.citation | Поліщук, О. С. Комплексне удосконалення і розробка інтраокулярних лінз : дис. … д-ра філософії : 163 Біомедична інженерія / Поліщук Олександр Сергійович. – Київ, 2022. – 213 с. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/54094 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.subject | інтраокулярна лінза | uk |
| dc.subject | штучний кришталик | uk |
| dc.subject | гаптика | uk |
| dc.subject | поздовжня сферична аберація | uk |
| dc.subject | негативні фотичні феномени | uk |
| dc.subject | політетрафторетилен | uk |
| dc.subject | катаракта | uk |
| dc.subject | вторинна катаракта | uk |
| dc.subject | розрідження скловидного тіла | uk |
| dc.subject | іридодонез | uk |
| dc.subject | intraocular lens | uk |
| dc.subject | artificial lens | uk |
| dc.subject | haptic | uk |
| dc.subject | longitudinal spherical aberration | uk |
| dc.subject | negative photonic phenomena | uk |
| dc.subject | polytetrafluoroethylene | uk |
| dc.subject | cataract | uk |
| dc.subject | secondary cataract | uk |
| dc.subject | vitreous thinning | uk |
| dc.subject | iridodones | uk |
| dc.subject.udc | 617.74:681.7.02-44.337](043.3) | uk |
| dc.title | Комплексне удосконалення функціональних характеристик інтраокулярних лінз | uk |
| dc.type | Thesis Doctoral | uk |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- Polishchuk_dys.pdf
- Розмір:
- 13.22 MB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
- Опис:
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 9.1 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: